Осипкин Дмитрий Владимирович, председатель совета директоров «Чистоозерное производственное объединение» «Технология производства силовых трансформаторов сухого типа с улучшенными эксплуатационными свойствами»

1. 12.11.2016

2. Введение
Компания Ником разрабатывает технологии керамического
покрытия металлов методами микродугового оксидирования (МДО) и
термоэлектрохимического оксидирования (ТЭХО).

3. Ключевые разработки: МДО и ТЭХО
Принципы микродугового оксидирования (МДО) и термоэлектрохимического оксидирования (ТЭХО)
состоят в электрохимическом окислении алюминия на поверхности детали с дальнейшей
трансформацией полученного оксида при высоких температурах в кристаллическую α-фазу
(корунд), обладающую высокой твердостью и прочностью.
При МДО на поверхности оксидируемой детали за счет электрического пробоя образуется множество
небольших разрядов (микродуг, микроплазменных разрядов), в которых при температуре
несколько тысяч градусов и происходит модификация структуры поверхности. По мере роста
толщины покрытия разряды становятся реже, но мощнее. Процесс прекращается при
возникновении опасности разрушения покрытия. После шлифовки покрытых поверхностей
коэффициент трения «покрытие по покрытию» составляет 0,02–0,04.
Однако, даже идеально отшлифованная поверхность покрытия неоднородна, она состоит из участков с
более высокой и менее высокой микротвердостью. При определенных условиях происходит
сцепление твердых «зерен» одной поверхности с твердыми «зернами» другой (они проминают
более мягкие участки), и коэффициент трения резко возрастает. Причина аномалии трения —
разряды, создающие неоднородности микротвердости в покрытии.
Нами предложен режим ТЭХО, который является дальнейшим развитием МДО. Подбор электролитов и
режимов оксидирования позволили перейти к процессу, когда разрядов практически нет, а
оксидирование продолжается. Так как разрядов нет, в этом режиме удается наращивать твердое
покрытие до значительной толщины без существенных неоднородностей по микротвердости. При
качественной шлифовке коэффициент трения «покрытие по покрытию» не превышает 0,01. В
качестве эффективной смазывающей и охлаждающей жидкости в таких парах трения может
использоваться вода. По износостойкости получаемые покрытия превосходят твердые сорта стали.
Их микротвердость по Виккерсу достигает 2500–3000 Hv.
Эти свойства позволяют изготавливать из таких сплавов пары трения различного назначения,
превосходящие по ряду параметров традиционные стальные пары трения.

4. Предпосылки использования покрытий
​
• Технология расширяет сферу применения легких металлов благодаря новым свойствам,
создаваемым покрытиями;
• Существует мировая тенденция по переходу с тяжелых на легкие металлы для снижения веса
продукции, энергопотребления, снижения выбросов СО2 и пр.;
• Ужесточение требований по экологии стимулирует производителей к переходу на более «чистые»
технологии;
• Возрастающие требования к технологичности производства и снижению занимаемых площадей.
​
Преимущество технологий МДО и ТЭХО
​
• Отсутствие необходимости специальной предварительной подготовки обрабатываемой
поверхности;
• Неагрессивность и экологичность электролитов;
• Отработанный электролит может быть скорректирован;
• Возможность покрытия деталей со сложной поверхностью;
• Минимальное количество технологических операций.

5. Области применения покрытий
• Пары трения с низким коэффициентом трения, превосходящие
по прочности традиционные стальные пары трения. В качестве
смазывающей и охлаждающей жидкости в таких парах может
использоваться вода (подшипники скольжения, пары «поршень
цилиндр» двигателей, гидравлика с водой в качестве рабочей
жидкости);
• Детали, работающие в условиях воздействия абразивных
материалов (турбины насосов, лопасти вентиляторов и т.д.);
• Защита от коррозии деталей, работающих в агрессивных средах;
• Электрическая изоляция проводов для обмоток
трансформаторов, дросселей, электродвигателей.

6. Трансформаторы
Качественные отличия керамической изоляции от изоляции на основе
органических материалов
• Высокая прочность, слабо зависящая от температуры и практически не меняющаяся со временем
• Высокая теплопроводность
• Высокая стойкость к физическим и химическим воздействиям (влажность, вибрации, пыль,
радиация, агрессивные среды)
• Отсутствие выделения вредных веществ при нагреве, экологичность
Преимущества трансформатора с керамической изоляцией
• Значительное снижение массы (в 2 раза и более) при КПД сравнимом или большем по сравнению с
аналогами
• Расширение диапазона рабочих температур (до 450°С)
• Возможность длительной работы со значительными перегрузками
• Низкий уровень шума
• Устойчивость к перегрузкам и короткому замыканию
• Не нуждается в тех. обслуживании
• Пожаро- и взрывобезопасность

7. Применение керамической изоляции в
следующих трансформаторахстойкость к физическим и химическим
воздействиям: прогрев бетона и почвы
пожаро- и взрывобезопасность: шахты
снижение массы: повышающий трансформатор
понижающий трансформатор
Рыночный,
80кВА,
300кг
Наш,
100кВА,
195кг

8. Сравнение 315/400В 100кВА
алюминиевых трансформаторов
Наш трансформатор:
КПД: 97,8%
вес: 195кг
габариты: 580 X 340 X 700мм
Существующая на рынке модель SG-100/1.0:
КПД: 97%
вес: 600кг
габариты : 870 X 520 X 620мм

9. Сравнение силовых сухих алюмин.
трансформаторов для распределительных
сетей 10/0,4кВ 25кВА
Параметры
Наш трансформатор
(проект)
ТСЛ-25 (трансформатор с
литой изоляцией)
Мощность, кВА 25 25
Напряжение ВН, В 6000 или 10000 6000 или 10000
Напряжение НН, В 400 400
КПД при номинальной нагрузке, % 98 97,4
КПД при нагрузке 200% от номинальной, % 95 -
Масса, кг 100 240
Класс нагревостойкости изоляции С (до 450 °С) В (130 °С)
Температура эксплуатации, °С от -70 до +450 от -60 до +50
IP (степень защиты оболочки) IP58 IP55

10. Трансформатор для контактной
сварки

11. Сравнение сухих алюминиевых
трансформаторов для контактной сварки
Параметры Наш трансформатор для контактной сварки Tecna 7902 (сравнимый вес)
Потребляемая мощность при максимальной
нагрузке 16 кВт 16 кВт
Потребляемая мощность при 50% нагрузки 5 кВт 2,5 кВт
Сетевой предохранитель 25 А 16 А
Напряжение холостого хода 4,2 В 2,5 В
Ток короткого замыкания 18000 А 8200 А
Максимальный сварочный ток точки 6900 А 6550 А
Максимальная толщина сварных листов 3 + 3 мм 2,5+2,5 мм
Максимальная толщина сварных прутков 9 + 9 мм 8 + 8 мм
Цикл рабочего режима 5% 1,1%
Класс изоляции С F
Количество фаз сети 2 2
Напряжение сети 400 В 400 В
Вес 10 кг 11 кг
Габаритные размеры 220x140x170 мм 370x230x90 мм

12. Сравнение сухих алюминиевых
трансформаторов для контактной сварки
Параметры Наш трансформатор для контактной сварки
TELWIN CAR SPOTTER 5500
(сравнимый класс изоляции)
Потребляемая мощность при максимальной
нагрузке 16 кВт 11 кВт
Потребляемая мощность при 50% нагрузки 5 кВт 3 кВт
Сетевой предохранитель 25 А 16 А
Напряжение холостого хода 4,2 В 5,4 В
Максимальный сварочный ток точки 6900 А 3000 А
Максимальная толщина сварных листов 3 + 3 мм 1,5+1,5 мм
Цикл рабочего режима 5% 3%
Класс изоляции С H
Степень защиты IP44 IP22
Количество фаз сети 2 2
Напряжение сети 400 В 400 В
Вес 10 кг 30 кг
Габаритные размеры 220x140x170 мм 390x260x225 мм

13. Сравнение с существующими
решениями на рынке
Преимущества по сравнению со стационарными
аппаратами для контактной сварки
• Выше плотность тока (меньше вес и габариты при той те плотности)
• Ниже цена
Преимущества по сравнению с переносными
аппаратами для контактной сварки (например, Tecna)
• Больше Полезное Время (выше продуктивность, больше точек сварки в
минуту)
• Более высокое выходное напряжение (4,2В против 2,5В у Тecna) позволяет
сваривать неподготовленную поверхность и удлинить подводящие кабели и
размах клещей

14. Тренды в контактной сварке
Высокая
плотность энергии
Безопасность,
энергоэффективность
Компактность,
малый вес
мощный+лѐгкий+зелѐный
= трансформаторы с
керамической изоляцией

15. Выше коэф. заполнения окна
Выше теплопроводностьПрямоугольный провод в сечении
вместо круглого
Алюминий вместо меди Ниже цена
Керамическое
покрытие способствует
более плотной
намотке катушек
Компактность
Естественное
охлаждение
Меньше расход на
инфраструктуру, меньше
габариты (за счет отсутствия
доп.оборудования)
Меньше вес
Меньше вес Переносимость, мобильность
Меньше расход материалов
Меньше активное и
реактивное сопротивления,
Выше КПД
Выше
допустимая
рабочая
темпаратура
Больше
Полезное Время
(ПВ)
Выше производительность
конвейера
Высокая стойкость к физическим и
химическим воздействиям
Широкий спектр применений

16. Алексей Никифоров
nikomtech.com
nikom-nsk@mail.ru